Einige der Vorteile wie niedrige Kosten, robustes Design, weniger komplex und leicht zu wartende Wechselstrommotoren führen dazu, dass viele der industriellen Vorgänge unter Verwendung von ausgeführt werden AC-Laufwerke als Gleichstromantriebe. Ein Wechselstrom-Induktionsmotor ist ein spezieller Elektromotortyp mit seinen eigenen typischen Eigenschaften und Leistungen in Bezug auf Start, Drehzahlregelung, Schutz usw.

AC-Induktionsmotor

Die Leistung über einen weiten Bereich von Anwendungen macht dreiphasige Induktionsmotoren verantwortlich für 85 Prozent der installierten Leistung der industriellen Antriebssysteme. Lassen Sie uns grundlegende Informationen über diesen Motor und seine spezielle Steuerungstechnik von SVPWM diskutieren.

Dreiphasen-Wechselstrom-Induktionsmotor

Der dreiphasige Wechselstrom-Induktionsmotor ist eine rotierende elektrische Maschine, die für den Betrieb mit einer dreiphasigen Versorgung ausgelegt ist. Dieser 3-Phasen-Motor wird auch als Asynchronmotor bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Wechselstrommotoren: Induktionsmotoren vom Typ Eichhörnchen und Schleifring . Das Funktionsprinzip dieses Motors basiert auf der Erzeugung eines rotierenden Magnetfeldes.

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3-Phasen-Induktionsmotorkonstruktion

Diese Drehstrommotoren bestehen aus einem Stator und einem Rotor, zwischen denen keine elektrische Verbindung besteht. Diese Statoren und Rotoren werden unter Verwendung von hochmagnetischen Kernmaterialien konstruiert, um Hysterese und Wirbelstromverluste zu reduzieren.

3-Phasen-Induktionsmotorkonstruktion

Der Statorrahmen kann aus Gusseisen, Aluminium oder Walzstahl hergestellt werden. Der Statorrahmen bietet den erforderlichen mechanischen Schutz und die Unterstützung für den laminierten Statorkern, die Wicklungen und andere Belüftungsanordnungen. Der Stator ist mit dreiphasigen Wicklungen gewickelt, die sich bei einer in geschlitzten Lamellen eingepassten 120-Grad-Phasenverschiebung überlappen. Die sechs Enden der drei Wicklungen werden herausgeführt und mit dem Klemmenkasten verbunden, so dass diese Wicklungen durch eine dreiphasige Hauptversorgung erregt werden.

Diese Wicklungen bestehen aus Kupferdraht, der mit Lack isoliert ist, der in isolierte Schlitzbleche eingepasst ist. Dieser imprägnierte Lack bleibt bei allen Arbeitstemperaturen starr. Diese Wicklungen haben einen hohen Isolationswiderstand und einen hohen Widerstand gegen Salzatmosphäre, Feuchtigkeit, alkalische Dämpfe, Öl und Fett usw. Je nach Spannungsniveau sind diese Wicklungen in beiden angeschlossen Stern- oder Dreieckverbindungen .

Käfigläufer-Induktionsmotor

Der Rotor des Drehstrom-Wechselstrom-Induktionsmotors unterscheidet sich für die Schleifring- und Käfigläufermotoren. Der Rotor vom Typ Schleifring besteht aus schweren Aluminium- oder Kupferstangen, die an beiden Enden des zylindrischen Rotors kurzgeschlossen sind. Die Welle des Induktionsmotors ist an jedem Ende auf zwei Lagern gelagert, um eine freie Drehung innerhalb des Stators zu gewährleisten und die Reibung zu verringern. Es besteht aus einem Stapel von Stahlblechen mit gleichmäßig verteilten Schlitzen, die um seinen Umfang herum gestanzt sind und in die nicht isolierte schwere Aluminium- oder Kupferstangen eingelegt sind.

Ein Schleifringrotor besteht aus dreiphasigen Wicklungen, die an einem Ende innen mit einem Stern versehen sind, und die anderen Enden werden nach außen gebracht und mit den auf der Rotorwelle montierten Schleifringen verbunden. Und um ein hohes Anlaufdrehmoment zu entwickeln, werden diese Wicklungen mit Hilfe von Kohlebürsten mit dem Rheostat verbunden. Dieser externe Widerstand oder Rheostat wird nur in der Startphase verwendet. Sobald der Motor die normale Drehzahl erreicht hat, werden die Bürsten kurzgeschlossen und der gewickelte Rotor arbeitet als Käfigläufer.

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Funktionsprinzip des 3-Phasen-Induktionsmotors

Wenn der Motor mit einer dreiphasigen Versorgung erregt wird, erzeugt die dreiphasige Statorwicklung ein rotierendes Magnetfeld mit 120 Verschiebungen bei konstanter Größe, das sich mit synchroner Geschwindigkeit dreht. Dieses sich ändernde Magnetfeld schneidet die Rotorleiter und induziert in ihnen einen Strom gemäß dem Prinzip der Faradayschen Gesetze der elektromagnetischen Induktion. Wenn diese Rotorleiter kurzgeschlossen werden, beginnt der Strom durch diese Leiter zu fließen.
Bei Vorhandensein des Magnetfeldes des Stators werden Rotorleiter angeordnet, und daher wirkt nach dem Lorenzkraftprinzip eine mechanische Kraft auf den Rotorleiter. Somit erzeugt die gesamte Kraft der Rotorleiter, d. H. Die Summe der mechanischen Kräfte, ein Drehmoment im Rotor, das dazu neigt, ihn in die gleiche Richtung des rotierenden Magnetfelds zu bewegen.
Die Rotation dieses Rotorleiters kann auch durch das Lenzsche Gesetz erklärt werden, das besagt, dass die induzierten Ströme im Rotor der Ursache für seine Erzeugung entgegenwirken, hier ist dieses Gegenteil ein rotierendes Magnetfeld. Dadurch beginnt sich der Rotor in die gleiche Richtung wie das rotierende Magnetfeld des Stators zu drehen. Wenn die Rotordrehzahl größer als die Statorgeschwindigkeit ist, wird im Rotor kein Strom induziert, da der Grund für die Rotordrehung die relative Drehzahl der Rotor- und Statormagnetfelder ist. Dieser Stator und die Rotorfelddifferenz werden als Schlupf bezeichnet. So wird ein Drehstrommotor aufgrund dieser relativen Drehzahldifferenz zwischen Stator und Rotoren als Asynchronmaschine bezeichnet.
Wie oben erläutert, bewirkt die relative Geschwindigkeit zwischen dem Statorfeld und den Rotorleitern, dass der Rotor in eine bestimmte Richtung gedreht wird. Zur Erzeugung der Drehung muss daher die Rotordrehzahl Nr immer kleiner als die Statorfelddrehzahl Ns sein, und die Differenz zwischen diesen beiden Parametern hängt von der Belastung des Motors ab.

Die Differenz der Drehzahl oder des Schlupfes des Wechselstrom-Induktionsmotors ist gegeben als

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Wenn der Stator stationär ist, ist Nr = 0, so dass der Schlupf 1 oder 100% wird.
Wenn Nr auf Synchrondrehzahl ist, wird der Schlupf Null, so dass der Motor niemals mit Synchrondrehzahl läuft.
Der Schlupf im 3-Phasen-Induktionsmotor von Leerlauf zu Volllast beträgt etwa 0,1% bis 3%, weshalb die Induktionsmotoren als Motoren mit konstanter Drehzahl bezeichnet werden.

SVPWM-Steuerung des 3-Phasen-Induktionsmotors

Am häufigsten werden zur Steuerung der Induktionsmotoren PWM-Wechselrichterantriebe verwendet. Im Vergleich zu Festfrequenzantrieben sind diese PWM taucht Kontrolle die Größe der Spannung und Frequenz des Stroms sowie die an den Induktionsmotor angelegte Spannung. Durch Ändern der an die Leistungsschaltergatter angelegten PWM-Signale wird auch die von diesen Antrieben gelieferte Leistungsmenge variiert, so dass die Drehzahlregelung des dreiphasigen Induktionsmotors erreicht wird.

SVPWM-Steuerung eines 3-Phasen-Induktionsmotors durch Edgefxkits.com

Eine Anzahl von PWM-Schemata (Pulse Width Modulation) wird zur Steuerung von Drehstrommotorantrieben verwendet. Am häufigsten werden jedoch Sinus-PWM (SPWM) und Raumvektor-PWM (SVPWM) verwendet. Im Vergleich zu SPWM bietet die SVPWM-Steuerung eine höhere Grundspannung und einen geringeren Oberwellengehalt. Hier haben wir eine praktische Implementierung dieser SVPWM-Steuerung mit gegeben 8051 Mikrocontroller .

In der folgenden Schaltung wird ein dreistufiger Spannungsinverter verwendet, um drei Ausgangsspannungen zu erhalten, die von der Zwischenkreisspannung abhängen. Die einphasige Versorgung wird gleichgerichtet, um sowohl die Mikrocontrollerschaltung als auch die Wechselrichterschaltungen mit Gleichstrom zu versorgen.8051 Der Mikrocontroller ist so programmiert, dass er SVPWM-Signale erzeugt, die dem Gate-Treiber-IC zugeführt werden.

Blockdiagramm der SVPWM-Steuerung eines 3-Phasen-Induktionsmotors von Edgefxkits.com

Die Inverterschaltung umfasst sechs MOSFETs zur Erzeugung einer variablen dreiphasigen Versorgung, für jede Phase werden zwei MOSFETs eingesetzt. Diese MOSFETs-Gates sind mit dem Gate-Treiber-IC verbunden. Beim Empfang der PWM-Signale von den Mikrocontroller-Gate-Treiberschaltern die MOSFETs so dass die variable AC-Ausgangsspannung erzeugt wird. Daher variiert diese Variable AC mit einer Änderung der Spannung und Frequenz die Drehzahl des Motors .

Dies sind grundlegende Informationen zum Wechselstrom-Induktionsmotor mit Aufbau und Funktionsprinzip. Darüber hinaus hat die SVPWM-Technik zur Steuerung der Motordrehzahl viele Vorteile gegenüber anderen PWM-Techniken, wie wir oben gesehen haben. Wenn Sie Zweifel haben der programmierende Mikrocontroller Um die SVPWM-Technik darin zu implementieren, können Sie uns kontaktieren, indem Sie unten einen Kommentar abgeben.

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